Rayleigh大气天空光偏振分布仿真与预测

天空光偏振模式自动探测装置
赵开春;卢皓;尤政
【期刊名称】《光学精密工程》
【年(卷),期】2013(021)002
【摘要】为了获得较高的天空偏振光导航精度,研究了天空光偏振模式的模型.设计了天空光偏振模式自动探测装置,用于获取大量的天空光偏振模式信息并构建天空光偏振模式模型.该装置克服了传统天空偏振光分布模式探测仪器操作繁琐,效率低的缺点,利用计算机控制角度旋转和相机拍照协同工作,能够简单快捷地实现一键采集一组天空偏振图像.测试显示,该装置能够准确地在预期位置完成偏振图像的采集工作.获得的图像偏振模式明显,对于光强度的探测精度优于0.237 5(3σ)灰度值(8 bits),平均每个测量点耗时3.02 s,采集效率较传统偏振模式探测仪器大为提高,能够实现天空光偏振模式的有效探测.
【总页数】7页(P239-245)
【作者】赵开春;卢皓;尤政
【作者单位】清华大学精密仪器与机械学系,北京100084;清华大学精密仪器与机械学系,北京100084;军械工程学院,河北石家庄050003;清华大学精密仪器与机械学系,北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】P415.3;TP212
【相关文献】
1.一种基于天空光偏振特性的天文导航方式 [J], 王光辉;朱海;莫军;徐剑锋
2.多种天气条件下的天空光偏振模型 [J], 张颖;张熠;赵慧洁
3.一种基于天空光的新型成像式仿生偏振导航传感装置 [J], 李彬;关乐;刘琦;褚金奎
4.Rayleigh大气天空光偏振分布仿真与预测 [J], 赵开春;褚金奎;姚弘轶;张强;王体昌
5.基于天空光偏振模式的导航姿态最优化解算方法 [J], 金仁成; 谢林达; 褚金奎; 蔚彦昭; 魏巍
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天空实时全偏振成像探测器设计与搭建陈永台;张然;林威;褚金奎【摘要】Researchers have been highly inspired by the bio-use of polarized light navigation,and in-creasing number of studies are being conducted at the same time.A precise sky polarization field map is one of the prerequisites for polarization navigation and many imaging polarization detectors have thus been developed for attaining a more accurate sky polarization field map.This study proposes a novel real-time all-polarization imaging detector that can obtain all the parameters of the Stokes vec-tor,and can thereby calculate various attributes of Angle of Polarization(AOP),Degree of Polariza-tion(DOP),Degree of Linear Polarization(LDOP),and Degree of Circular Polarization(CDOP).By incorporating the M FC architecture through C+ + programming language and the OpenCV library, the host computer program was developed for implementing the real-time display function of a target's polarization information.Refresh rate of the video stream was 3 frame/s at maximum resolution, w hich primarily satisfies the need of real-timedetection.Observation of the sky polarization field map was performed under clear weather conditions and the performance of the detector was found to be sta-ble during the course of the proposed experiment.T he obtained experimental results are in good a-greement with the Rayleigh scattering model,and the dynamic recognition deviation of the solar me-ridian can range from 0.01°to 0.23°,which corroborates the reliability of theproposed detector and lays the foundation for future work.%生物利用天空偏振光进行导航的方式给科研人员很大的启发,越来越多的学者正在进行这方面的研究.精确的天空偏振场图是进行偏振导航的前提条件,为了获取更加准确的天空偏振场图,许多成像式偏振探测装置被开发出来.本文提出了一种新型的实时全偏振一体式成像探测传感器,可以获取全参数Stokes矢量,进而解算出目标的AOP、DOP、LDOP和CDOP等信息.基于C+ +语言和OpenCV库,采用MFC架构开发了上位机程序,实现了目标偏振信息的实时显示.在最大分辨率下,视频流的刷新率为3 frame/s,基本满足了实时探测的需要.对晴朗天气条件下天空偏振场图进行了实际探测,实验过程中探测器性能稳定,天空偏振场图与瑞利散射模型具有较高的一致性,太阳子午线动态识别误差为0.01°~0.23°,初步证明了探测器的可靠性,为后续工作奠定了基础.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2018(026)004【总页数】9页(P816-824)【关键词】偏振成像探测;偏振导航;天空偏振场图;图像处理【作者】陈永台;张然;林威;褚金奎【作者单位】大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116023;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116023;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116023;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】O436.3;V249.321 引言太阳光经大气中粒子散射后在整个天宇范围内形成稳定的天空偏振模式，这个模式被称作天空偏振场图[1-2]，天空偏振场图与太阳位置密切相关。

关于利用偏振材料导航的探究王佳琪;杨进;霍中生;罗志华【摘要】大气散射光具有偏振性质,研究空间各方向大气散射光的偏振排布等性质,利用偏振材料进行多方位数据探测,结合计算机图像数据分析,可以计算出以观测点为坐标原点的东南西北方位坐标.当白昼时,即便因天气原因太阳不可见,也可以由此判断方位.相比于指南针,该方法的优势之一就是在判断方向时,它不会受周围磁场的干扰.【期刊名称】《实验科学与技术》【年(卷),期】2013(011)003【总页数】3页(P188-190)【关键词】偏振排布;数据分析;坐标;磁场干扰【作者】王佳琪;杨进;霍中生;罗志华【作者单位】电子科技大学物理电子学院,成都 610054;电子科技大学物理电子学院,成都 610054;电子科技大学物理电子学院,成都 610054;电子科技大学物理电子学院,成都 610054【正文语种】中文【中图分类】O45;O43对导航方法的研究一直是个重要研究课题。

利用大气散色光偏振性的导航方法，在某些情况下，可以在复杂磁场分布区域替代地磁场导航。

另外，它对于一些生物导航行为和仿生机器人的研究也具有重要意义。

本文基于一些大气散射光偏振性质的理论，设计实验并进行模拟导航，测试和讨论了该方法下导航的精度。

1 偏振导航的可行性分析光的散射理论表明:自然光照射到微粒上将发生散射现象，散射光具有偏振性质，其偏振度主要依赖于散射光与入射光的夹角。

实际的大气光散射过程十分复杂，但对大气散射光的多方位多时段的偏振性质实测表明:大气散射光属于部分偏振光。

2 偏振材料的导航思想本次实验设计的偏振材料导航的基本步骤是:1)使用偏振材料探测大气散射光的偏振性分布;2)通过大气光的偏振分布得出太阳方位;3)根据天文理论，结合太阳方位数据与该时刻时间数据，推导出观测点的东西南北方向坐标。

2.1 大气散射光偏振理论2.1.1 天空光偏振分布成因［1］图1 Rayleigh粒子散射的物理模型如图1所示，自然光入射分解为两个方向:与;散射光分解为与，其中:与cosθ成正比。

Rayleigh-Geometric分布及其性质研究作者：姚惠代勇胡云学来源：《科技资讯》2021年第22期DOI：10.16661/ki.1672-3791.2108-5042-1377摘要：随着极值理论的深入研究，复合极值分布广泛应用于气象、交通、水文、金融、保险等领域。

该文利用极值理论将Rayleigh分布和Geometric分布进行复合，提出了一种新的复合极值分布：两参数的Rayleigh-Geometric分布。

讨论了该分布的分布函数、概率密度函数、参数特定取值时密度函数的图像特征，讨论了分布的分位数、眾数等数字特征，讨论了分布的生存函数和危险率函数，最后用极大似然法研究了分布参数的点估计。

关键词：Rayleigh-Geometric分布复合极值分布性质极大似然估计中图分类号：O212.3 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）08（a）-0011-05Study on Rayleigh-Geometric Distribution and Its PropertiesYAO Hui DAI Yong HU Yunxue（School of Mathematics and Statistics， Qiannan Normal University for Nationalities，Duyun， Guizhou Province， 558000 China）Abstract： With the in-depth study of extreme value theory， the compound extreme value distribution is widely used in meteorology， transportation， hydrology， finance， insurance and other fields. In this paper， Rayleigh distribution and Geometric distribution are combined by using extreme value theory， and a new composite extreme value distribution is proposed， namely two-parameter Rayleigh-Geometric distribution， which is obtained by compounding a Rayleigh and a geometric distribution based on extreme value theory. This paper discusses the distribution properties， probability density function，the graph features of the density function with specific values of parameters， the digital characteristics of distribution， such as quantile， mode and so on， survival function and risk rate function of distribution. Finally utilizes the maximum likelihood estimation to discuss the point estimation of the parameters.Key Words： Rayleigh-Geometric distribution; Compound extreme value distribution; Properties; Maximum likelihood estimation随着寿命分布的深入研究和广泛应用，国外学者在经典寿命分布的基础上提出了一些新型的复合分布，Adamidis（1998年）首次提出Exponential-Geometric分布[1]，之后陆续提出了Exponential-Poisson分布、Weibull-Geometric分布、Weibull-Poisson分布、Poisson-Lomax分布、广义的Exponential-Geometric分布、广义的Exponential-Poisson分布、互补的Exponential-Geometric分布等，这些文献定义了新的混合寿命分布，研究其各种性质，得到其参数的极大似然估计，这些研究拓广了寿命分布的类型。

基于瑞利散射的大气偏振模式Stokes矢量建模仿真王子谦;范之国;张旭东;王昕【期刊名称】《计算机应用与软件》【年(卷),期】2015(032)007【摘要】瑞利散射模型是一种经典的大气偏振模式表征模型,在实际中得到了广泛的应用,但不能通过Stokes矢量描述大气偏振模式的分布特性.基于瑞利单次散射原理,对经典的瑞利模型进行推广,建立一种理想条件下的大气偏振模式Stokes矢量仿真模型.该模型能够对理想条件下大气偏振模式Stokes矢量的分布变化进行建模仿真,利用Stokes矢量可以完备地表征大气光偏振态分布情况,并描述出不同类型偏振光的具体分布特性.通过仿真发现,大气偏振模式的Stokes矢量具有“十”字形的分布形态,整体分布始终保持相对于太阳子午线对称特性,随着太阳高度角的升高各矢量分量逐渐减弱.【总页数】4页(P47-50)【作者】王子谦;范之国;张旭东;王昕【作者单位】合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230000;合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230000;合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230000;合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230000【正文语种】中文【中图分类】TP39【相关文献】1.基于瑞利散射的大气偏振模式检测与模型重建 [J], 王晨光;唐军;杨江涛;张楠;李大林;刘俊;向长波2.基于 Stokes 参量法测量矢量光束偏振态的方法 [J], 周哲海;祝连庆3.基于Stokes矢量的实时偏振差分水下成像研究∗ [J], 管今哥;朱京平;田恒;侯洵4.基于FLCM的太阳Stokes矢量偏振测量术 [J], 史永基;史建军;史红军5.基于Stokes矢量的双相机偏振成像系统 [J], 杨威;王晓曼;石林;赵海丽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

天空偏振模式对仿生偏振光定向的影响及实验范晨;胡小平;何晓峰;练军想;王玉杰【摘要】针对工程应用中仿生偏振光罗盘易受天气和太阳位置等因素的影响,存在定向精度低、稳定性差等问题,研究了天空偏振模式对偏振光定向的影响机理.建立了含有偏振模型误差的偏振光定向模型,推导了仿生偏振光罗盘的航向角解算方法;然后系统分析了模型误差对偏振光定向精度的影响机理,指出了载体水平角和太阳高度角是决定模型误差影响程度的主要因素;最后设计了静态实验与跑车测试,评估了不同水平角和太阳高度角时,模型误差对偏振光定向精度的影响.结果表明:当太阳高度角hs＜40°时,偏振光定向误差为0.729°;当40°＜hs＜75°时,误差为3.764°;精度明显降低.另外,载体水平角越大,模型误差角对定向精度的影响程度也越显著;载体水平时,定向误差为0.323°,而倾斜后误差增大为1.352°.文中对仿生偏振光定向的影响机理分析为补偿偏振模型误差,实现高精度偏振光定向提供了理论依据.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)009【总页数】9页(P2429-2437)【关键词】偏振光导航;天空偏振模型;偏振光定向;定向算法;航向角误差【作者】范晨;胡小平;何晓峰;练军想;王玉杰【作者单位】国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073;国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙410073【正文语种】中文【中图分类】V249.32;O436.31 引言太阳光经过大气层能够产生稳定的偏振模式［1］，自然界的部分昆虫和候鸟就是利用复眼检测天空偏振光分布来实现自主导航的［2－3］。

准确描述天空偏振模式是仿生偏振光导航研究的基础［4］。

微观瑞利散射下的大气偏振建模仿真
高隽;纪松;谢昭;林金金
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2012(24)3
【摘要】针对传统宏观大气偏振建模的信息单一性和表征模糊性问题,采用一种新的大气偏振建模算法。

该方法依据瑞利散射理论,采用电场矢量描述光波,研究微观粒子对自然光电场矢量振动方向变化,得到散射光的偏振强度和偏振主方向。

建立东北天坐标系,推导与天球坐标系间的转换过程,将单粒子瑞利散射扩展至全天域多点散射,形成大气偏振模式。

仿真结果表明,新方法可以准确计算不同时刻不同地点的大气偏振分布信息,与传统方法中所获得的偏振角相比,本方法可以提供更丰富的三维方向信息,并具有良好的拓展特性,用于多因素大气偏振建模。

【总页数】7页(P677-683)
【作者】高隽;纪松;谢昭;林金金
【作者单位】合肥工业大学计算机学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于瑞利散射的大气偏振模式检测与模型重建
2.基于瑞利散射的大气偏振模式Stokes矢量建模仿真
3.ANSYS环境下的SCFRW力学性能微观建模仿真研究
4.
低太阳高度角条件下的天空偏振模式模拟及大气折射影响研究∗5.大气-海雾多层环境下的天空偏振模式
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基于支持向量机预测偏振模式汪方斌;洪津;孙晓兵;王羿;胡亚东【摘要】基于多光谱多角度偏振辐射探测研究了大气偏振模式预测方法.首先,介绍了航空多角度偏振辐射计的探测原理与支持向量机回归算法;然后,从矢量传输模型出发,说明大气状况不变时,偏振模式主要取决于地表特征与观测几何,并介绍了观测几何与姿态之间的关系以及地表特征的表达形式;最后,在考虑平台姿态与地表特征的情况下,利用支持向量机回归算法预测了航空多角度偏振辐射计的探测偏振度,并对预测与实际试验探测的偏振度进行了比较.结果显示:偏振度预测误差小于1％,影响模型精度的主要因素不是姿态变化本身,而是姿态改变造成的观测地表特性变化.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2014(022)011【总页数】9页(P2914-2922)【关键词】大气遥感;大气偏振模式;预测;支持向量机;航空多角度偏振辐射计【作者】汪方斌;洪津;孙晓兵;王羿;胡亚东【作者单位】中国科学院安徽光学精密机械研究所光学遥感中心,安徽合肥230031;安徽建筑大学机械与电气工程学院,安徽合肥230601;中国科学院安徽光学精密机械研究所光学遥感中心,安徽合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所光学遥感中心,安徽合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所光学遥感中心,安徽合肥230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所光学遥感中心,安徽合肥230031【正文语种】中文【中图分类】P4071 引言偏振模式通常用偏振度来表述。

太阳光经过大气散射形成部分偏振光，不同的太阳位置、观测几何、大气状况与地表特征具有不同的偏振模式［1-7］。

实时测量大气偏振特性的时空分布信息对于反演大气参数，建立大气散射辐射的偏振特性模型，目标识别，确定仿生偏振导航传感器系统的方位基准，提高载体姿态误差的估计精度和稳定性具有重要意义［8-11］。

现有研究表明，大气偏振模式可以为迁徙的鸟类提供方向信息与动物导航［12］，根据Rayleigh散射理论可以实现太阳视位置的计算及天空中偏振光分布模式的仿真［9］；基于单因素大气偏振模型能够建立地表反射偏振模式模型，仿真三维空间的大气偏振模式［13］。

硕士学位论文天空偏振模式的测量及其辅助定向的研究RESEARCH ON THE MEASUREMENT OF THE SKYLIGHT POLARIZATION PATTERN AND ITS ASSISTED DIRECTIONAL TECHNOLOGY蔡永恒哈尔滨工业大学2012年6月国内图书分类号：TP273 学校代码：10213 国际图书分类号：681.52 密级：公开工学硕士学位论文天空偏振模式的测量及其辅助定向的研究博士研究生：蔡永恒导师：黄显林教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：控制理论与制导技术研究中心答辩日期：2012年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TP273U.D.C: 681.52Dissertation for the Master Degree in EngineeringRESEARCH ON THE MEASUREMENT OF THE SKYLIGHT POLARIZATION PATTERN AND ITS ASSISTED DIRECTIONAL TECHNOLOGYCandidate：Cai YonghengSupervisor：Prof. Huang XianlinAcademic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Control Science and EngineeringAffiliation：Center for Control Theory and Guidance TechnologyDate of Defence：June, 2012Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要如何提高导航系统的自主性、精确性、可靠性以及降低导航系统的成本是当今组合导航领域重要的研究课题。

天空可见天空可见-近红外光谱偏振态自动测量仪设计近红外光谱偏振态自动测量仪设计王昊;孙晓兵;刘晓;宋强;洪津【期刊名称】《大气与环境光学学报》【年(卷),期】2024(19)1【摘要】太阳光在地球大气传输过程中产生的散射会呈现出固有的偏振特性,因此利用大气散射偏振态分布特性及其与太阳照射几何以及地表观测几何之间存在的对应关系,为地球大气层内导航提供了可能。

然而因气象变化造成的大气组分改变会直接影响光散射分布,从而影响基于偏振态分布的方向定位精度,因此在偏振导航实际应用过程中,其方向指引精度受大气状况影响较大。

为研究不同气象条件下天空偏振态变化内在机理,研制了一台天空可见-近红外光谱偏振态自动测量仪。

该仪器可按需进行定时段、定天区、多天候天空光谱偏振态测量,采用分时偏振同时分谱非成像测量体制。

仪器主要由偏振分析模块、偏振检测方位定位驱动电机、微型光谱仪、GPS定位模块、嵌入式采集控制模块、二维载重转台等部分组成,光谱范围为390~960nm,光谱分辨率为1.5nm,观测视场为3°,光谱线偏振度测量精度优于98.85%,偏振角测量精度优于0.1°,单点观测时间小于9s。

经实验室定标和外场测试,表明该仪器可在多种气象条件下稳定观测天空光谱偏振态,其测量数据可用于天空偏振态影响机理相关研究。

【总页数】14页(P111-124)【作者】王昊;孙晓兵;刘晓;宋强;洪津【作者单位】安徽大学物质科学与信息技术研究院;中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所;合肥市农业行业首席专家工作室;中国科学技术大学【正文语种】中文【中图分类】O436.3【相关文献】1.用于可见和红外遥感的成像光谱偏振测量仪2.基于近红外光谱与光电容积脉搏波技术的毛细血管再充盈时间测量仪的设计与开发3.椭偏测量法的油膜紫外可见-近红外光谱光谱偏振特性研究4.近红外偏振干涉光谱仪的光学系统设计5.取向态聚对苯二甲酸乙二酯膜热弛豫过程的偏振红外光谱研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。